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5

1

Progressões Aritméticas

Sumário

5.1 Introdução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

5.2 Primeiros Exemplos . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

5.3 Soma dos Termos de uma PA . . . . . . . . . . . . 6

5.4 Somas Polinomiais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

5.5 Exercícios Recomendados . . . . . . . . . . . . . . . 14

5.6 Exercícios Suplementares . . . . . . . . . . . . . . . 16

5.7 Textos Complementares . . . . . . . . . . . . . . . . 20

Unidade 5 Introdução

5.1 Introdução

As Progressões Aritméticas (PA) constituem-se na família mais simples de

sequências de�nidas recorrentemente. Elas são comuns na vida real e sempre

aparecem quando se apresentam grandezas que sofrem variações iguais em in-

tervalos de tempos iguais como, por exemplo, no cálculo de juros simples, ou

desvalorização de um bem ao longo do tempo.

Nessa unidade, você encontrará também a fórmula que fornece a soma dos

n primeiros termos de uma PA, fórmula que generaliza a que foi descoberta por

Gauss, quando menino, conforme vimos na Unidade 3.

Em seguida, são de�nidas generalizações do conceito de PA, introduzindo

as PAs de segunda ordem, terceira ordem, etc. Esse tópico, em geral, não

é explorado no Ensino Médio, mas coloca à disposição do professor métodos

poderosos para calcular somas.

5.2 Primeiros Exemplos

São comuns na vida real, grandezas que sofrem variações iguais em inter-

valos de tempos iguais. Vejamos algumas situações concretas.

Exemplo 1 Uma fábrica de automóveis produziu 400 veículos em janeiro e aumen-

tou mensalmente sua produção de 30 veículos. Quantos veículos produziu em

junho?

Solução Os valores da produção mensal, a partir de janeiro, são 400, 430, 490,

520, 550, . . . . Em junho, a fábrica produziu 550 veículos.

Poderíamos ter evitado escrever a produção mês a mês, racionando do modo

a seguir. Se a produção aumenta de 30 veículos por mês, em 5 meses ela

aumenta 5×30 = 150 veículos. Em junho, a fábrica produziu 400 + 150 = 550

veículos.

Progressões aritméticas são sequências nas quais o aumento de cada termo

para o seguinte é sempre o mesmo.

A sequência (400, 430, 460, 490, 520, 550, . . .) é um exemplo de uma pro-

gressão aritmética.

2

Unidade 5Progressões Aritméticas

O aumento constante de cada termo para o seguinte é chamado de razão

de progressão. A razão da progressão acima é igual a 30.

Vamos à de�nição formal.

Definição 1Uma progressão aritmética é uma sequência na qual a diferença entre cada

termo e o termo anterior é constante. Essa diferença constante é chamada de

razão da progressão e representada pela letra r.

Exemplo 2As sequências (5, 8, 11, 14, . . .) e (7, 5, 3, 1, . . .) são progressões aritméticas

cujas razões valem respectivamente 3 e −2.

Em uma progressão aritmética (a1, a2, a3, . . .), para avançar um termo,

basta somar a razão; para avançar dois termos, basta somar duas vezes a razão,

e assim por diante. Assim, por exemplo, a13 = a5 + 8r, pois, ao passar de a5

para a13, avançamos 8 termos; a12 = a7 + 5r, pois avançamos 5 termos ao

passar de a7 para a12; a4 = a17 − 13r, pois retrocedemos 13 termos ao passar

de a17 para a4 e, de modo geral,

an = a1 + (n− 1)r,

pois, ao passar de a1 para an, avançamos n− 1 termos.

Exemplo 3Em uma progressão aritmética, o quinto termo vale 30 e o vigésimo termo

vale 50. Quanto vale o oitavo termo dessa progressão?

Solução a20 = a5 + 15r, pois ao passar do quinto termo para o vigésimo,

avançamos 15 termos. Logo, 50 = 30 + 15r e r =4

3. Analogamente, a8 =

a5 + 3r = 30 + 3.4

3= 34. O oitavo termo vale 34.

Exemplo 4Qual é a razão da progressão aritmética que se obtém inserindo 10 termos

entre os números 3 e 25?

Solução. Temos a1 = 3 e a12 = 25. Como a12 = a1+11r, temos 25 = 3+11r.

Daí, r = 2.

3

Unidade 5 Primeiros Exemplos

Exemplo 5 O cometa Halley visita a Terra a cada 76 anos. Sua última passagem por

aqui foi em 1986. Quantas vezes ele visitou a Terra desde o nascimento de

Cristo? Em que ano foi sua primeira passagem na era cristã?

Solução Os anos de passagem do cometa foram 1986, 1910, 1834,... e formam

uma progressão aritmética de razão −76. O termo de ordem n dessa progressão

é an = a1 + (n − 1)r, isto é, an = 1986 − 76(n − 1) = 2062 − 76n. Temos

an > 0 quando n <2062

76= 27, 13 . . . . Portanto, os termos positivos dessa

progressão são os 27 primeiros, a1, a2, a3, . . . , a27. Logo, ele nos visitou 27

vezes na era cristã e sua primeira passagem na era cristão foi no ano a27 =

2062− 76× 27 = 10.

Poderíamos também ter resolvido o problema aproveitando o fato dos termos

dessa progressão serem inteiros.

Em uma progressão aritmética de termos inteiros e razão não-nula, todos os

termos dão o mesmo resto quando divididos pelo módulo da razão. Como 1986

dividido por 76 dá resto 10, todos os anos em que o cometa por aqui passou

dão resto 10 quando divididos por 76. A primeira visita ocorreu entre os anos

1 e 76, inclusive. Entre esses anos, o único que dividido por 76 dá resto 10 é o

ano 10. Para descobrir a ordem desse termo, usamos an = a1 + (n− 1)r, isto

é, 10 = 1986− 76(n− 1). Daí,

n =2062

76= 27.

Muitas vezes é conveniente enumerar os termos de uma progressão aritmé-

tica a partir de zero, conforme mostra o exemplo a seguir.

Exemplo 6O preço de um carro novo é de R$ 15 000,00 e diminui de R$1 000,00 a

cada ano de uso. Qual será o preço com 4 anos de uso?

Solução Chamando o preço com n anos de uso de an, temos a0 = 15000 e

queremos calcular a4. Como a desvalorização anual é constante, (an) é uma

progressão aritmética. Logo, a4 = a0 + 4r = 15000 + 4 × (−1000) = 11000.

O preço será de R$11 000,00.

4

Unidade 5Progressões Aritméticas

Exemplo 7Os lados de um triângulo retângulo formam uma progressão aritmética

crescente. Mostre que a razão dessa progressão é igual ao raio do círculo

inscrito.

Solução. Chamemos os lados do triângulo de x− r, x, x + r. Esse é um bom

truque para facilitar as contas; ao representar uma progressão aritmética com

um número ímpar de termos, começar pelo termo central.

Como a progressão é crescente, a hipotenusa é o último termo. Pelo Teo-

rema de Pitágoras, (x + r)2 = (x − r)2 + x2. Daí, x2 = 4rx e, já que x 6= 0

pois x é um dos catetos, x = 4r. Os lados são então 3r, 4r e 5r. O perímetro

é 2p = 3r + 4r + 5r = 12r e a área éS

p=

6r2

6r= r.

Exemplo 8Determine 4 números em progressão aritmética crescente, conhecendo sua

soma 8 e a soma de seus quadrados 36.

Solução Um bom truque, para representar progressões aritméticas com um

número par de termos, é chamar os dois termos centrais de x− y e x+ y. Isso

faz com que a razão seja (x + y)− (x− y) = 2y.

A progressão é então x− 3y, x− y, x + y, x + 3y.

Temos {(x− 3y) + (x− y) + (x + y) + (x + 3y) = 8

(x− 3y)2 + (x− y)2 + (x + y)2 + (x + 3y)2 = 36{4x = 8

4x2 + 20y2 = 36{x = 2

y = ±1

Como a progressão é crescente, y > 0. Logo, x = 2 e y = 1. Os números são

−1, 1, 3, 5.

Em uma progressão aritmética, o termo geral é dado por um polinômio em

n, an = a1 + (n − 1)r = r . n + (a1 − r). Se r 6= 0, ou seja, se a progressão

não for estacionária (constante), esse polinômio é de grau 1. Se r = 0, isto é,

se a progressão for estacionária, esse polinômio é de grau menor que 1.

5

Unidade 5 Soma dos Termos de uma PA

Por esse motivo, as progressões aritméticas de razão r 6= 0 são chamadas

de progressões aritméticas de primeira ordem.

Reciprocamente, se em uma sequência o termo de ordem n for dado por

um polinômio em n, de grau menor que ou igual a 1, ela será uma progressão

aritmética. Com efeito, se xn = an + b, (xn) é uma progressão aritmética na

qual a = r e b = a1 − r, ou seja, r = a e a1 = a + b.

Como em uma progressão aritmética an = a0 + nr, a função que associa a

cada natural n o valor de an é simplesmente a restrição aos naturais da função

a�m a(x) = a(0) + rx.

Portanto, pensando em uma progressão aritmética como uma função que

associa a cada número natural n o valor an, o grá�co dessa função é formado

por uma sequência de pontos colineares no plano.

Em outras palavras, (an) é uma progressão aritmética se e somente se os

pontos do plano que têm coordenadas (1, a1), (2, a2), (3, a3), etc. estão em

linha reta.

Figura 5.1: Grá�co de uma PA

5.3 Soma dos Termos de uma PA

Baseados na ideia de Gauss, usada para calcular a soma 1 + 2 + · · ·+ 100,

podemos calcular a soma dos n primeiros termos de uma progressão aritmética

qualquer.

6

Unidade 5Progressões Aritméticas

Teorema 2A soma dos n primeiros termos da progressão aritmética (a1, a2, a3, ...) é

Sn =(a1 + an)n

2.

DemonstraçãoTemos Sn = a1 + a2 + a3 + · · ·+ an−1 + an e, escrevendo a soma de trás

para frente, Sn = an + an−1 + an−2 + · · ·+ a2 + a1. Daí,

2Sn = (a1 + an) + (a2 + an−1) + (a3 + an−2) + · · ·+ (an−1 + a2) + (an + a1).

Observe que, ao passar de um parêntese para o seguinte, a primeira parcela

aumenta de r e a segunda parcela diminui de r, o que não altera a soma.

Portanto, todos os parênteses são iguais ao primeiro, (a1 + an). Como são n

parênteses, temos

2Sn = (a1 + an) . n e Sn =(a1 + an)n

2.

Exemplo 9Qual é o valor da soma dos 20 primeiros termos da progressão aritmética

2, 6, 10, . . . ?

Solução a20 = a1 + 19r = 2 + 19× 4 = 78.

S20 =(2 + 78)20

2= 800.

Exemplo 10A soma dos n primeiros números inteiros e positivos é

n∑k=1

k = 1 + 2 + 3 + · · ·+ n =n(n + 1)

2.

Observe que Sn, no exemplo anterior, é um polinômio do segundo grau em

n, sem termo independente.

7

Unidade 5 Soma dos Termos de uma PA

Exemplo 11 A soma dos n primeiros números ímpares é

1 + 3 + 5 + · · ·+ (2n− 1) =(1 + 2n− 1)n

2= n2.

Observe que Sn, no exemplo anterior, é também um polinômio do segundo

grau em n, sem termo independente. Isto se generaliza como segue.

A soma dos n primeiros termos de uma progressão aritmética é

Sn =(a1 + an)n

2=

[a1 + a1 + (n− 1)r]n

2=

r

2n2 +

(a1 −

r

2

)n.

Observe que, se r 6= 0, então Sn é um polinômio do segundo grau em n,

desprovido de termo independente. Se r = 0, Sn é um polinômio de grau

menor que 2, sem termo independente.

Reciprocamente, todo polinômio do segundo grau em n, desprovido de termo

independente, é o valor da soma dos n primeiros termos de alguma progressão

aritmética. Com efeito P (n) = an2 + bn é a soma dos n primeiros termos da

progressão aritmética na qualr

2= a e a1−

r

2= b, ou seja, r = 2a e a1 = a+b.

Definição 3 De�ne-se para sequências o operador ∆, chamado de operador diferença,

por ∆an = an+1 − an.

Portanto, da de�nição segue imediatamente que uma sequência (an) é uma

progressão aritmética se e somente se (∆an) = (an+1 − an) é constante.

Definição 4 Uma progressão aritmética de segunda ordem é uma sequência (an) na qual

as diferenças ∆an = an+1 − an, entre cada termo e o termo anterior, formam

uma progressão aritmética não-estacionária.

Exemplo 12 A sequência (an) = (1, 3, 6, 10, 15, 21, . . .) é uma progressão aritmética de

segunda ordem porque a sequência das diferenças entre cada termo e o anterior,

(bn) = (∆an) = (an+1 − an) = (2, 3, 4, 5, 6, . . .)

é uma progressão aritmética não-estacionária.

8

Unidade 5Progressões Aritméticas

+ Para Saber Mais - PAs de Ordem Superior - Clique para ler

5.4 Somas Polinomiais

A pergunta que nos colocamos é como calcular somas do tipo∑n

k=1 P (k),

onde P (k) é um polinômio em k.

Se o polinômio é P (k) = a0 + a1k + a2k2 + · · ·+ amk

m, temos que∑nk=1 P (k) =

∑nk=1 a0 +

∑nk=1 a1k +

∑nk=1 a2k

2 + · · ·+∑n

k=1 amkm

= a0∑n

k=1 1 + a1∑n

k=1 k + a2∑n

k=1 k2 + · · ·+ am

∑nk=1 k

m,

que pode ser calculado desde que saibamos calcular, para p ∈ N, somas do tipo:

n∑k=1

kp = 1p + 2p + · · ·+ np.

Exemplo 13A soma dos quadrados dos n primeiros números inteiros e positivos é

12 + 22 + · · ·+ n2 =n∑

k=1

k2

e pode ser calculada do modo a seguir:

n∑k=1

(k + 1)3 =n∑

k=1

k3 + 3n∑

k=1

k2 + 3n∑

k=1

k +n∑

k=1

1.

Os dois primeiros somatórios têm várias parcelas comuns, pois

n∑k=1

(k + 1)3 = 23 + 33 + · · ·+ n3 + (n + 1)3

en∑

k=1

k3 = 13 + 23 + 33 + · · ·+ n3.

Simpli�cando as parcelas comuns aos dois membros, obtemos

(n + 1)3 = 13 + 3n∑

k=1

k2 + 3n∑

k=1

k +n∑

k=1

1.

9

Unidade 5 Somas Polinomiais

Comon∑

k=1

k = 1 + 2 + · · ·+ n =n(n + 1)

2

en∑

k=1

1 = 1 + 1 + · · ·+ 1 = n,

temos

(n + 1)3 = 13 + 3n∑

k=1

k2 + 3n(n + 1)

2+ n.

Daí,n∑

k=1

k2 =2n3 + 3n2 + n

6=

n(n + 1)(2n + 1)

6.

Observe que 12 + 22 + · · · + n2 =n∑

k=1

k2 é um polinômio do terceiro grau

em n.

Exemplo 14 Sabendo que

12 + 22 + · · ·+ n2 =n∑

k=1

k2

é um polinômio do terceiro grau em n, poderíamos ter determinado o valor de

p(n) = 12 + 22 + 32 + · · ·+ n2

pondo p(n) = an3 + bn2 + cn + d. Assim, temos

p(1) = 12, p(2) = 12 + 22, p(3) = 12 + 22 + 32 e p(4) = 12 + 22 + 32 + 42.

Obtemos o sistema de equaçõesa + b + c + d = 1

8a + 4b + 2c + d = 5

27a + 9b + 3c + d = 14

64a + 16b + 4c + d = 30

Resolvendo, encontramos a =1

3, b =

1

2, c =

1

6, d = 0. Então

12 + 22 + 32 + · · ·+ n2 =1

3n3 +

1

2n2 +

1

6n =

n(n + 1)(2n + 1)

6.

10

Unidade 5Progressões Aritméticas

Os teoremas a seguir generalizam os últimos exemplos.

Teorema 51p + 2p + 3p + · · ·+ np =n∑

k=1

kp é um polinômio de grau p + 1 em n.

DemonstraçãoVamos proceder por indução sobre p. Para p = 1, o teorema já foi provado

anteriormente.

Suponhamos agora quen∑

k=1

kp seja um polinômio de grau p + 1 em n,

para todo p ∈ {1, 2, . . . , s}, Mostraremos que essa a�rmação é verdadeira para

p = s + 1, isto é, mostraremos quen∑

k=1

ks+1 é um polinômio de grau s + 2 em

n. Observe que

(k + 1)s+2 = ks+2 + (s + 2)ks+1 + · · · ,

onde os termos que não foram escritos explicitamente formam um polinômio de

grau s em k. Temos então,

n∑k=1

(k + 1)s+2 =n∑

k=1

ks+2 + (s + 2)n∑

k=1

ks+1 + F (n),

onde F (n) é um polinômio de grau s + 1 em n, pela hipótese da indução.

Simpli�cando os termos comuns aos dois primeiros somatórios, obtemos

(n + 1)s+2 = 1 + (s + 2)n∑

k=1

ks+1 + F (n).

Daí,n∑

k=1

ks+1 =(n + 1)s+2 − 1− F (n)

s + 2

que é um polinômio de grau s + 2 em n.

11

Unidade 5 Somas Polinomiais

Corolário 6 Se F é um polinômio de grau p entãon∑

k=1

F (k) é um polinômio de grau

p + 1 em n.

Exemplo 15

Vamos calcular Sn =n∑

k=1

k(k+2). Pelo corolário, sabemos que o valor dessa

soma é um polinõmio do terceiro grau em n. Então Sn = an3 + bn2 + cn + d.

Atribuindo a n os valores 1, 2, 3 e 4 obtemos as equaçõesa + b + c + d = 3

8a + 4b + 2c + d = 11

27a + 9b + 3c + d = 26

64a + 16b + 4c + d = 50

Resolvendo, encontramos a =1

3, b =

3

2, c =

7

6, d = 0. Então,

Sn =1

3n3 +

3

2n2 +

7

6n =

2n3 + 9n2 + 7n

6=

n(n + 1)(2n + 7)

6.

+ Para Saber Mais - PA com Termo Geral Polinomial - Clique para ler

O exemplo a seguir é conhecido como Teorema Fundamental da Somação

e fornece uma técnica bastante e�ciente para o cálculo de somas.

Exemplo 16

Mostre quen∑

k=1

∆ak = an+1 − a1.

Solução

n∑k=1

∆ak = ∆a1 + ∆a2 + ∆a3 + · · ·+ ∆an−1 + ∆an =

(a2 − a1) + (a3 − a2) + (a4 − a3) + · · ·+ (an − an−1) + (an+1 − an) =

an+1 − a1.

12

Unidade 5Progressões Aritméticas

Exemplo 17

Calculen∑

k=1

k(k + 1)

Solução Determinaremos ak tal que ∆ak = k(k + 1) = k2 + k. Como(∆ak) é

uma progressão aritmética de segunda ordem, (ak) é uma progressão aritmética

de terceira ordem. Logo, ak é um polinômio de terceiro grau. Se

ak = ak3 + bk2 + ck + d,

∆ak = ak+1 − ak

= a(k + 1)3 + b(k + 1)2 + c(k + 1) + d− [ak3 + bk2 + ck + d]

= 3ak2 + (3a + 2b)k + (a + b + c) = k2 + k.

Devemos ter 3a = 1, 3a + 2b = 1, a + b + c = 0. Daí, a =1

3, b = 0, c = −1

3

e d é arbitrário. Logo, ak =1

3k3 − 1

3k + d.

n∑k=1

k(k + 1) =n∑

k=1

∆ak = an+1 − a1

=(n + 1)3 − (n + 1)

3+ d− d =

n(n + 1)(n + 2)

3.

13

Unidade 5 Exercícios Recomendados

5.5 Exercícios Recomendados

1. Formam-se n triângulos com palitos, conforme a �gura. Qual o número

de palitos usados para construir n triângulos?

Figura 5.2:

2. Calcule a soma de todos os inteiros que divididos por 11 dão resto 7 e

estão compreendidos entre 200 e 400.

3. Quanto vale o produto (a)(aq)(aq2)(aq3) . . . (aqn−1)?

4. Um quadrado mágico de ordem n é uma matriz n × n, cujos elementos

são os inteiros 1, 2, . . . , n2, sem repetir nenhum, tal que todas as linhas

e todas as colunas têm a mesma soma. O valor dessa soma é chamado

de constante mágica. Por exemplo, os quadrados

1 5 9

8 3 4

6 7 2

8 1 6

3 5 7

4 9 2

e

17 24 1 8 15

23 5 7 14 16

4 6 13 20 22

10 12 19 21 3

11 18 25 2 9

são mágicos, com constantes mágicas respectivamente iguais a 15, 15

e 65. Aliás, os dois últimos são hipermágicos, pois as linhas, colunas e

também as diagonais têm a mesma soma. Calcule a constante mágica de

um quadrado mágico de ordem n.

5. Suprimindo um dos elementos do conjunto {1, 2, . . . , n}, a média aritmé-

tica dos elementos restantes é 16,1. Determine o valor de n e qual foi o

elemento suprimido.

14

Unidade 5Progressões Aritméticas

6. Um bem, cujo valor hoje é de R$ 8000,00, desvaloriza-se de tal forma

que seu valor daqui a 4 anos será de R$ 2000,00. Supondo que o valor

do bem cai segundo uma linha reta, determine o valor do bem daqui a 3

anos.

7. Prove que a soma de todos os inteiros positivos de n dígitos, n > 2, é

igual ao número 49499...95500...0, no qual há n− 3 dígitos sublinhados

que são iguais a 9 e n− 2 dígitos sublinhados que são iguais a 0.

8. Considere um jogo entre duas pessoas com as seguintes regras:

i) Na primeira jogada, o primeiro jogador escolhe um número no conjunto

A = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7} e diz esse número.

ii) As pessoas jogam alternadamente.

iii) Cada pessoa ao jogar escolhe um elemento de A, soma-o ao número

dito pela pessoa anterior e diz a soma.

iv) Ganha quem disser 63.

Qual dos jogadores tem uma estratégia vencedora e qual é essa estratégia?

9. Na primeira fase do campeonato brasileiro de futebol, que é disputado por

24 clubes, quaisquer dois times jogam entre si uma única vez. Quantos

jogos há?

10. Qual o número máximo de regiões em que n retas podem dividir o plano?

11. Há dois tipos de anos bissextos: os que são múltiplos de 4 mas não de

100 e os que são múltiplos de 400.

(a) Quantos são os anos bissextos entre 1997 e 2401?

(b) Se 1o de janeiro de 1997 foi quarta-feira, que dia será 1o de janeiro

de 2500?

(c) Escolhido um ano ao acaso, qual a probabilidade dele ser bissexto?

12. O número triangular Tn é de�nido como a soma dos n primeiros ter-

mos da progressão aritmética 1, 2, 3, 4, . . .. O número quadrangular Qn

é de�nido como a soma dos n primeiros termos da progressão aritmética

15

Unidade 5 Exercícios Suplementares

1, 3, 5, 7, . . .. Analogamente são de�nidos números pentagonais, hexago-

nais, etc. A �gura abaixo justi�ca essa denominação.

Determine o número j-gonal de ordem n.

Figura 5.3:

13. Mostre que ∆ak = ∆bk então ak − bk é constante.

14. Use o teorema fundamental da somação para calcular:

(a)n∑

k=1

3k.

(b)n∑

k=1

k . k!.

(c)n∑

k=1

1

k(k + 1).

5.6 Exercícios Suplementares

1. Os ângulos internos de um pentágono convexo estão em progressão arit-

mética. Determine o ângulo mediano.

2. Se 3 − x, −x,√

9− x, . . . é uma progressão aritmética, determine x e

calcule o quinto termo.

3. Calcule a soma dos termos da progressão aritmética 2, 5, 8, 11,... desde

o 25o até o 41o termo, inclusive.

16

Unidade 5Progressões Aritméticas

4. Quantos são os inteiros, compreendidos entre 100 e 500, que não são

divisíveis nem por 2, nem por 3 e nem por 5? Quanto vale a soma desses

inteiros?

5. Determine o maior valor que pode ter a razão de uma progressão aritmé-

tica que admita os números 32, 227 e 942 como termos da progressão.

6. De quantos modos o número 100 pode ser representado como uma soma

de dois ou mais inteiros consecutivos? E como soma de dois ou mais

naturais consecutivos?

7. Os inteiros de 1 a 1000 são escritos ordenadamente em torno de um

círculo. Partindo de 1, riscamos os números de 15 em 15, isto é, riscamos

1, 16, 31,... O processo continua até se atingir um número já previamente

riscado. Quantos números sobram sem riscos?

8. Podem os números√

2,√

3,√

5 pertencer a uma mesma progressão

aritmética?

9. Um bem, cujo valor hoje é de R$ 8000,00, desvaloriza-se de tal forma

que seu valor daqui a 4 anos será de R$ 2000,00. Supondo constante a

desvalorização anual, qual será o valor do bem daqui a 3 anos?

10. Calcule a soma de todas as frações irredutíveis, da formap

72, que perten-

çam ao intervalo [4,7].

11. Qual a maior potência de 7 que divide 1000!?

12. Calcule o valor das somas dos n primeiros termos das sequências?

(a) 13, 23, 33, . . .

(b) 1 . 4, 3 . 7, 5 . 10, 7 . 13, . . .

13. Representando por bxc a parte inteira do real x, isto é, o maior número

inteiro que é menor que ou igual a x e por {x} o inteiro mais próximo do

real x, determine:

(a) b√

1c+ b√

2c+ b√

3c+ · · ·+ b√n2 − 1c.

(b) b 3√

1c+ b 3√

2c+ b 3√

3c+ · · ·+ b 3√n3 − 1c.

17

Unidade 5 Exercícios Suplementares

(c)1

{√

1}+

1

{√

2}+

1

{√

3}+ · · ·+ 1

{√

1000}.

(d) {√

1}+ {√

2}+ {√

3}+ · · ·+ {√

1000}.

14. Determine o primeiro termo e a razão da progressão aritmética na qual a

soma dos n primeiros termos é, para todo n:

(a) Sn = 2n2 + n

(b) Sn = n2 + n + 1

15. Determine no quadro abaixo:

1

3 5

7 9 11

13 15 17 19

21 23 25 27 29

. . . . . . . . . . . . . . . . . .

(a) o primeiro elemento da 31a linha.

(b) a soma dos elementos da 31a linha.

16. Refaça o Exercício Recomendado 8 para o caso do vencedor ser quem

disser 64.

17. Refaça o exercício anterior para o conjunto {3, 4, 5, 6}.

18. Mostre que no Exercício Recomendado 8, se o conjunto fosse A =

{3, 5, 6, 7}, o segundo jogador tem a estratégia que impede o primeiro

jogador de ganhar.

19. Uma bobina de papel tem raio interno 5cm, raio externo 10cm e a espes-

sura do papel é 0,01cm. Qual é o comprimento da bobina desenrolada?

20. Dividem-se os números naturais em blocos do modo seguinte:

(1), (2, 3) (4, 5, 6) (7, 8, 9, 10) (11.12.13.14) . . . . Em seguida suprimem-

se os blocos que contêm um número par de elementos, formando-se o

quadro:

18

Unidade 5Progressões Aritméticas

1

4 5 6

11 12 13 14 15

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Determine:

(a) o primeiro elemento da linha k.

(b) o elemento central da linha k.

(c) a soma dos elementos da linha k.

(d) a soma dos elementos das k primeiras linhas.

21. Prove: se an é um polinômio de grau p então ∆an é um polinômio de

grau p− 1.

22. Prove o Corolário 6.

23. Quantos são os termos comuns às progressões aritméticas

(2, 5, 8, 11, . . . , 332) e (7, 12, 17, 22, . . . , 157)?

24. Benjamin começou a colecionar calendários em 1979. Hoje, sua coleção

já tem algumas duplicatas - por exemplo, o calendário de 1985 é igual ao

de 1991 - mas ainda não está completa.

(a) Em que ano Benjamim completará sua coleção?

(b) Quando a coleção estiver completa, quantos calendários diferentes

nela haverá?

25. A razão entre as somas dos n primeiros termos de duas progressões arit-

méticas é2n + 3

4n− 1, para todo valor de n. Quanto vale a razão entre seus

termos de ordem n?

19

Unidade 5 Textos Complementares

5.7 Textos Complementares

Para Saber Mais PAs de Ordem Superior

De modo geral, uma progressão aritmética de ordem k (k > 2) é uma

sequência na qual as diferenças entre cada termo e o termo anterior formam

uma progressão aritmética de ordem k − 1.

Exemplo A tabela abaixo mostra uma sequência (an) = (n3 − n) e suas

diferenças

(∆an), (∆2an) = (∆∆an), (∆3an) = (∆∆2an) etc...

n an ∆an ∆2an ∆3an

0 0 0 6 6

1 0 6 12 6

2 6 18 18 6

3 24 36 24 6

4 60 60 30 2

5 120 90 2

6 210 2

7 2

Se (∆an), como parece, for constante, (∆2an) será uma progressão aritmé-

tica, (∆an) será uma progressão aritmética de segunda ordem e (an) será uma

progressão aritmética de terceira ordem. Isso é verdade, pois

an = n3 − n

∆an = an+1 − an = (n + 1)3 − (n + 1)− [n3 − n] = 3n2 + 3n,

∆2an = 3(n + 1)2 + 3(n + 1)− [3n2 + 3n] = 6n + 6,

∆3an = 6(n + 1) + 6− [6n + 6] = 6

e ∆3an realmente é constante.

Observe que, nesse quadro, a soma de dois elementos lado a lado é igual

ao elemento que está embaixo do primeiro desses elementos. Isso nos permite

calcular os elementos que estão assinalados por 2 na tabela acima. Da direita

para a esquerda, eles são iguais a 6, 30 + 6 = 36, 90 + 36 = 126 e 210 + 126 =

336. Portanto, a7 = 336 e este foi o processo mais exótico que você já viu para

calcular a7 = 73 − 7.

20

Unidade 5Progressões Aritméticas

Proposição Toda sequência na qual o termo de ordem n é um polinômio

em n, do segundo grau, é uma progressão aritmética de segunda ordem e,

reciprocamente, se (an) é uma pregressão aritmética de segunda ordem então

(an) é um polinômio de segundo grau em n.

Demonstração Com efeito, se an = an2 + bn + c, com a 6= 0, temos

∆an = an+1−an = a(n+ 1)2 + b(n+ 1) + c− (an2 + bn+ c) = 2an+ (a+ b),

que é do primeiro grau em n. Pelo que comentamos acima, (∆an) é uma

progressão aritmética não-estacionária.

Por outro lado, se (an) é uma progressão aritmética de segunda ordem,

bn = ∆an = an+1 − an é uma progressão aritmética com razão diferente de

zero e

b1 + b2 + b3 + · · ·+ bn−2 + bn−1 =

(a2 − a1) + (a3 − a2) + (a4 − a3) + · · ·+ (an − an−1) + (an+1 − an) =

an+1 − a1

é um polinômio do segundo grau em n. Em consequência, an também é um

polinômio do segundo grau em n.

Observação O resultado anterior será generalizado mais adiante.

21

Unidade 5 Textos Complementares

Para Saber Mais PA com Termo Geral Polinomial

Com o corolário acima, podemos generalizar o teorema em [Para Saber

Mais: PAs de Ordem Superior], conforme foi prometido lá.

Teorema (an) é uma progressão aritmética de ordem p, (p > 2), se, e somente

se an é um polinômio de grau p em n.

Demonstração Vamos proceder por indução sobre p.

Para p = 2, o teorema foi provado em [Para Saber Mais: PAs de Ordem

Superior, Proposição].

Suponhamos que o teorema seja verdadeiro para todo p ∈ {2, 3, . . . , s}.Mostraremos que essa a�rmação é verdadeira para p = s + 1.

Se (an) é uma progressão aritmética de ordem s+1, bn = ∆an = an+1−an

é uma progressão aritmética de ordem s e, pela hipótese da indução, bn é um

polinômio de grau s em n. Entãon∑

k=1

bk = an+1 − a1 é, pelo corolário do

Teorema 5, um polinômio de grau s + 1 em n. Se an é um polinômio de grau

s + 1 em n, ∆an é um polinômio de grau s em n, conforme você facilmente

veri�cará. Pela hipótese da indução, (∆an) é uma progressão aritmética de

ordem s, ou seja, (an) é uma progressão aritmética de ordem s + 1.

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